СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРВИЧНОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическим способам получения первичного алюминиевого сплава.
Сущность способа заключается в использовании криолит-глиноземного концентрата при электролизе и расчетном прогнозировании химического состава катодного металла.

Изобретение относится к цветной металлулгии, а именно к электролитическим способам получения первичного алюминиевого сплава.
Целью изобретения является разработка способа электролитического получения первичного алюминиевого сплава с заданным химическим составом – исходного материала для последующего получения конструкционных сплавов на основе алюминия.
Поставленная цель достигается использованием в качестве дополнительного сырья криолит-глиноземного концентрата (смеси), получаемого термообработкой глинозем-, фторсодержащих отходов производства алюминия [1,2].
Способ осуществляется следующим образом.
Криолит-глиноземный концентрат, содержащий 3-4 мас.% SiO2 и 1-2 мас.% Fe2O3, ежесуточно вводят в электролизер в количестве 1.2 – 2.5% к массе электролита. Введение криолитглиноземного концентрата в электролит совместно с основным сырьем – глиноземом, частично восполняет содержание в нем оксида алюминия и фторсолей, обеспечивая нормальное протекание процесса электролиза, и в результате электролитического осаждения на катоде алюминия (катодный металл), кремния и железа образуется первичный алюминиевый сплав.
Для планирования состава получаемого первичного алюминиевого сплава разработана формула, адекватно описывающая процессы изменения состава катодного металла:

Где – содержание кремния (железа) (мас.%);
n – продолжительность электролиза (сутки);
– исходная масса кремния (железа) в катодном металле (кг);
– масса ежесуточно выливаемого металла (кг/сутки);
– масса катодного металла в электролизере (кг);
– коэффициент перехода кремния (железа) из электролита в катодный металл (для кремния – 0.9, а для железа – 0.7);
– доля кремния (железа) в SiO2 (Fe2O3);
– концентрация SiO2 (Fe2O3) во вводимом в электролит криолит-глиноземном концентрате (мас.%);
– масса ежесуточно вводимого криолит-глиноземного концентрата (кг/сутки)
Таким образом, варьируя количество ежесуточно вводимого криолит-глиноземного концентрата в зависимости от содержания в нем SiO2 и Fe2O3, через определенный промежуток времени можно получить катодный металл с заданным содержанием кремния и железа – первичный алюминиевый сплав (таб.).

Таблица

Изменения содержания кремния и железа в катодном металле при вводе в электролит криолит-глиноземного концентрата

n,
сутки mкгк = 300 кг/сутки mкгк = 600 кг/сутки
расчет. факт. расчет. факт. расчет. факт. расчет. факт.
0 0.22 0.22 0.27 0.27 0.22 0.22 0.27 0.27
1 0.23 0.25 0.27 0.30 0.25 0.27 0.28 0.30
2 0.25 0.27 0.27 0.29 0.29 0.30 0.28 0.30
3 0.26 0.24 0.27 0.27 0.32 0.34 0.29 0.32
4 0.27 0.26 0.28 0.31 0.35 0.36 0.30 0.35
5 0.28 0.27 0.28 0.33 0.37 0.37 0.30 0.38
6 0.29 0.31 0.28 0.34 0.40 0.46 0.31 0.45
7 0.30 0.32 0.28 033 0.43 0.44 0.32 0.35
8 0.31 0.34 0.29 0.31 0.45 0.47 0.32 0.37
9 0.32 0.37 0.29 0.32 0.47 0.46 0.32 0.35
10 0.33 0.34 0.29 0.30 0.49 0.44 0.33 0.37
11 0.34 0.36 0.29 0.29 0.52 0.46 0.33 0.35
12 0.35 0.39 0.29 0.32 0.54 0.49 0.34 0.32
13 0.36 0.40 0.29 0.32 0.56 0.60 0.34 0.35
14 0.36 0.43 0.29 0.31 0.57 0.66 0.34 0.38
15 0.37 0.41 0.29 0.29 0.58 0.64 0.35 0.36
16 0.38 0.40 0.29 0.27 0.60 0.66 0.35 0.36
17 0.38 0.40 0.29 0.30 0.62 0.68 0.35 0.38
18 0.39 0.42 0.29 0.31 0.63 0.72 0.35 0.36
19 0.39 0.41 0.29 0.29 0.65 0.76 0.36 0.39
20 0.40 0.41 0.29 0.30 0.66 0.78 0.36 0.36
21 0.41 0.41 0.30 0.32 0.67 0.76 0.36 0.38
22 0.41 0.44 0.30 0.32 0.68 0.75 0.36 0.40
23 0.41 0.43 0.30 0.31 0.69 0.72 0.37 0.41
24 0.42 0.42 0.30 0.30 0.70 0.74 0.37 0.39
25 0.42 0.42 0.30 0.30 0.71 0.74 0.37 0.38
26 0.43 0.44 0.30 0.33 0.72 0.75 0.37 0.39
27 0.43 0.45 0.30 0.32 0.73 0.76 0.38 0.40
28 0.44 0.45 0.30 0.32 0.74 0.78 0.38 0.42
29 0.44 0.44 0.30 0.31 0.74 0.77 0.38 0.40
30 0.44 0.45 0.30 0.31 0.75 0.77 0.38 0.41
Пример 1:
В электролизер, в котором находится 20 т алюминия с содержанием 0.22 мас.% кремния и 0.27 мас.% железа, ежесуточно вводили 300 кг криолитглиноземного концентрата, содержащего 3.9 мас.% SiO2 и 2.1 мас.% Fe2O3, при этом масса ежесуточно отбираемого первичного алюминиево-го сплава в среднем составляла 1 тонну.
Пример 2:
В электролизер, в котором находится 20 т алюминия с содержанием 0.22 мас.% кремния и 0.27 мас.% железа, ежесуточно вводили 600 кг криолит-глиноземного концентрата, содержащего 3.55 мас.% SiO2 и 1.39 мас.% Fe2O3, при этом масса ежесуточно отбираемого первичного алюминиевого сплава в среднем составляла 1 тонну.
Как видно из таблицы, при введении в электролит 300 кг/сутки криолит-глиноземного концентрата, содержание кремния в катодном металле, медленно возрастая, через 20 суток стабилизируется, а содержание железа в этот период практически остается неизменным.
При введении в электролит 600 кг/сутки криолитглиноземного концентрата содержание кремния в катодном металле вначале резко, а затем медленно возрастает, содержание железа, постепенно возрастая, через 12 суток практически стабилизируется.
В таблице, наряду с расчетными, приведены фактические данные по содержанию кремния и железа в катодном металле, полученные в ходе опытнопромышленных испытаний по использованию криолит-глиноземного концентрата на ГУП «ТАлКо». Фактические изменения концентраций кремния и железа, как правило, превышают рас-четные значения. Это связано с тем, что в промышленных условиях кремний и железо в катодный металл поступают не только из криолит-глиноземного концентрата, но и из основного сырья, анодов и инструментов.
Предложенный способ прост в осуществлении и позволяет получить первичный алюминиевый сплав с заданным расчетным методом содержанием кремния и железа – для последующего шихтования и производства конструкционных сплавов на основе алюминия.
Способ позволяет повысить эффективность и экологическую безопасность электролитического производства первичного алюминиевого сплава, способствует экономии ценных сырьевых компонентов – глинозема и криолита за счет практического использования нетрадиционного вида сырья – криолит-глиноземного концентрата.

1. Малый патент РТ № TJ 345. Способ перера-
ботки твердых отходов шламового поля производства алюминия.
2. Евразийский патент № 015635. Способ переработки отходов производства алюминия.